材料力学实验在新工科背景下的课程思政初探.pdf

西南交通大学学报（社会科学版）2023 年 2 月 JOURNAL OF SOUTHWEST JIAOTONG UNIVERSITY Feb.2023 第 24 卷 （Social Sciences)Vol.24 增刊第 2 期 课程思政 材料力学实验在新工科背景下的课程思政初探 王晓强，张业伟，邱福生，卢少微，张 璐，马承坤，马克明 摘 要：材料力学是一门重要的专业基础课，其中的实验部分在工科学生专业素质的培养中起到重要作用。在当前新工科背景下，如何保证材料力学实验课程思政与思政课程同向同行，是目前材料力学实验课程教学改革所面临的主要问题。本文从材料力学实验课程教学过程中的不足出发，针对教学观念、教学内容与方法以及如何从教学内容中挖掘思政元素等诸多方面提出了建议和改革措施。关键词：材料力学；实验课程；教学改革；课程思政 基金项目：2022 年沈阳航空航天大学校级教学改革研究项目（JG2022020）作者简介：王晓强(1983-)，男，河北张家口人。沈阳航空航天大学航空宇航学院，副教授，博士，主要从事复合材料力学研究。E-mail：xqwang_。著名教育家陶行知先生的名言：“学高为师，身正为范”表明：为人师者，不仅仅是科学理论知识的传授者，更是国内外先进思想文化知识的传播者以及我党教育方针的严格执行者与贯彻者。党和国家的领导人习近平总书记在全国高等学校思想政治工作会议上强调，要用好课堂教学这个主渠道，各类课程都要与思想政治理论课同向同行，形成协同效应，把“立德树人”作为人才教育的根本任务1-2。随着科学与技术的不断快速变革，整个社会的发展需要越来越多的科技类人才。同时，国家为了调整对工科人才“立德树人”新的培养要求，推进我国高等工程教育改革正常发展，提出了新工科建设的重要决定，因此，对新一代工科人才的培养也变得愈加严格与苛刻。材料力学课程是许多高等工科院校专业的一门基础课程，此课程的理论知识丰富，实践性强，技术性高，对提高学生处理工程问题的素质及培养创新能力有重要的意义。该课程主要培养学生从实际工程问题中归纳总结并抽象出力学模型的能力，并结合相关知识对力学模型的合理性、正确性、安全性和可靠性进行分析，为工程构件及结构设计和材料选取提供重要的理论指导与参考。近年来，随着教育改革的推进，为了培养学生的动手能力，材料力学实验的课时量在不断增加，这必将有利于提升学生的实验操作技能与实践应用能力。材料力学实验课以低碳钢的拉伸、压缩、扭转和剪切实验为主，学生通过以上实验的实际操作、现象观察和数据分析，测得低碳钢的弹性模量和泊松比等力学参数。但是，在长期的实验教学过程中，发现了一个问题，即：在现有的材料力学课程的授课体系中，无论是课本教材还是教师的课堂教学中都对低碳钢的如上实验做了非常详细的讲解，包括力学实验中可能发生的现象及其原因机理，学生的实验课变成了对书本内容的简单重复与验证的过程，学生的思考能力无法得到有效提高3-5。2019 年 3 月 18 日，习近平总书记在学校思想政治理论课教师座谈会上指出：“要坚持显性教育增刊第 2 期 187 王晓强 材料力学实验在新工科背景下的课程思政初探 和隐性教育相统一，挖掘其他课程和教学方式中蕴含的思想政治教育资源，实现全员全程全方位育人。”这为非思政课程的课程思政建设指明了改革和前进的方向，同时还强调了教师的课堂教学在贯彻课程思政理念建设过程中发挥体现的重要作用。在新工科建设和课程思政教改的综合背景下，对工科高层次人才教育培养的更高要求促使了高等教育工作者积极主动地对材料力学实验课程进行新的教学模式思考与探索，并结合课程思政，努力提升教学效果。本文从材料力学实验课程中的常见问题考虑出发，结合多年来的教学经验与思考，从教学观念、自主式教学、理论与数值仿真结合、引入热门技术、课程思政等多个方面进行了分析与探索。一、材料力学实验课程思政教学改革（一）教学观念的转变 传统的材料力学实验主要包括实验预习、实验过程和实验结果分析三个过程。实验预习，主要是学生通过阅读教材和实验手册，并借助网络资料来进行实验相关知识的学习与积累。实验过程，首先由教师进行实验讲解，然后学生依据步骤单独或分组来完成实验。实验结果分析是学生在实验后，通过数据整理与分析，完成最终的实验报告。但是，结合当前的教育形式与需求，如上的教学观念需要进行转变。力学实验教师不能只是简单的步骤讲解，而应当改变“填鸭式”的教学方法，采用“启发式”的教学方法，从而有效地实现学生从被动学习向主动学习的转变。例如：实验教学的主要内容通过采用板书来循序渐进地展现，实验演示采用多媒体视频的方式呈现，理论公式的推导由多位学生通过竞争比赛的方式看谁能够率先完成，整个教学过程形式丰富，既可激发学生的学习兴趣，又可激发学生的学习斗志。在如此情况下的学习，必能提高学生对知识的掌握度，提升教学效果6。（二）自主参与式教学 材料力学实验课程的学习过程中，学生主要以第三者的身份以观察实验为主，动手较少，因而不能很好地将理论知识与实践能力进行结合。在自主参与式教学中，教师在讲解完材料力学实验的基础知识点及注意事项后，就对学生进行分组，同一组的组员之间通过相互配合，自主完成实验操作、现象观察、数据记录等全部过程，实验结束后，老师再协助学生一起完成数据分析。这种自主参与式的教学中，学生的参与度高，能够更好地培养学生对材料力学实验课程的学习兴趣。（三）理论与数值仿真结合 材料力学课程的基础概念抽象难懂，具有较强的理论性，因此学生较难在实验过程中充分理解和吸收。但是，随着有限元等数值计算方法的发展，以及各类大型商业有限元软件 ANSYS、ABAQUS、COMSOL 等的不断更新换代，采用数值仿真的方法对实验模型进行计算，能够通过色彩和线条等的变化形式，形象直观地表示模型在边界和载荷条件下的应力、应变场等的分布形式，并对其破坏形式进行动态预测，这能够帮助加深学生对力学问题的理解，也必将极大地提高学生的学习热情。（四）先进技术的引入 当前，纳米材料与技术对于每一个工科科研工作者都耳熟能详，诸如碳纳米管、石墨烯等等会时常出现在大家的视野。因此，在材料力学的实验课程中，可以加入这类先进材料的简单实验内容，帮助学生了解科学发展的热点、先进材料的特殊性能与应用领域，扩大学生的知识储备，培养学生的科研兴趣。另外，人工智能、机器学习等等也有必要走入材料力学实验等基础课程中，尽早地帮助学生掌握先进技术手段，对于学生培养和将来适应社会需求都大有裨益。（五）与课程思政结合 构件的强度、刚度和稳定性是材料力学研究的主要问题。其中强度要求就是指构件应有足够的抵抗破坏的能力；刚度要求是指构件应有足够的抵抗变形的能力；稳定性要求是指构件应有足够的188 西南交通大学学报（社会科学版）第 24 卷 保持原有平衡状态的能力。这些都是力学工作者和设计师在设计过程中必须考虑的问题，如果这些要求不能得到满足，那么极有可能会危及人民群众的生命财产安全，后果非常严重。在材料力学实验课程中，可以选择典型案例对学生进行介绍和讲解，加强学生的社会责任感和使命感，使学生将“人民至上、生命至上”的理念根植于心。二、结束语 在新工科背景下，考虑到材料力学实验课程的研究内容与学生的培养目标，从教学观念、教学方法、理论与数值仿真结合、先进技术的引入，以及将材料力学与课程思政教育结合等多个方面做了较为全面的思考与分析。希望在以后的材料力学实验课程教学中能够得到广泛应用，并通过不断探索和总结经验，顺利实现材料力学实验课程思政教学改革，培养出更多的符合新工科建设和祖国需要的高素质、综合型、创新型人才。参考文献 1 杨国斌,龙明忠.课程思政的价值与建设方向J.中国高等教育,2019(23):1517.2 鄢显俊.论高校“课程思政”的“思政元素”、实践误区及教育评估J.思想教育研究,2020(02):8892.3 马崇武,车京兰.对材料力学教学改革的研究J.高等理科教育,2004,6:7678.4 范钦珊,殷雅俊,唐静静等.改革教学,创新教学“材料力学”课程教学改革实践与体会J.力学与实践,2018,40 5):543549.5 孔祥清,曲艳东,李韧等.材料力学课程教学改革与实践探讨J.实验技术与管理,2017,34(2):174178.6 刘雯雯,杜云海,王志等.材料力学实验教学改革与创新人才培养J.实验室研究与探索,2013,32(6):332333.Preliminary Study on the Ideological and Political Education of Material Mechanics Experiment under the Background of New Engineering WANG Xiaoqiang,ZHANG Yewei,QIU Fusheng,LU Shaowei,ZHANG Lu,MA Chengkun,MA Keming Abstract：Mechanics of materials is an important professional basic course,in which the experimental part plays an important role in the cultivation of engineering students professional quality.Under the current background of new engineering,how to ensure that the ideological and political courses of material mechanics experiment course are in the same direction is the main problem faced by the current teaching reform of material mechanics experiment course.In this paper,starting from the deficiencies in the teaching process of material mechanics experiment course,the author puts forward some suggestions and reform measures in terms of teaching concept,teaching content and methods,and how to excavate ideological and political elements from the teaching content.Key Words：Mechanics of materials；Experimental courses；Reform in education；Curriculum ideological and Political Education